摘 要：针对某发电厂在润滑油泵切换时发生润滑油母管压力低、汽轮机跳机事故，分析了事故的原因，并通过在润滑油系统加装气囊式蓄能器作为辅助动力源来防止事故再次发生，对其他存在类似问题的机组具有借鉴意义。
关键词：汽轮机；润滑油压力；蓄能器
润滑油系统是汽轮发电机组最重要的辅助系统之一，它为机组各个轴承提供润滑油，通过油循环带走轴承运行时产生的热量、杂质，保护机组各个轴承的正常运行。在润滑油系统中，阀门的状态、泵组的运行情况以及管路的充液、排气等，都会导致管路压力波动，严重的甚至引起机组跳闸等事故。蓄能器可以作为辅助压力油源，吸收和储存系统中的能量，有效减小管路中的压力波动，减少设备运行切换对整个系统的冲击，从而避免机组跳闸等事故的发生。
1 润滑油系统简介
某发电厂装有2台美国GE公司生产的9E型燃气轮机组和1台与其配套的1 00 MW级汽轮机组，汽轮机组配套的润滑油系统如图1所示。A/B润滑油泵一用一备，向系统提供稳定的油源（0.021 4 m3/s，600 kPa）。润滑油经过双联冷油器及过滤器，由调压阀调至额定压力（145 kPa）后送至润滑油母管，同时润滑油过滤器后由一支路向发电机密封油系统提供油源。系统中还设置1台直流应急润滑油泵，在紧急情况下，提供停机过程的润滑油及发电机密封用油。
图1 润滑油系统
A/B润滑油泵存在2套联锁保护，1套是电气联锁，另1套是泵出口母管低油压联锁（整定值为500 kPa）。同时润滑油系统中有汽机跳闸保护：
（1）当轴承润滑油母管压力低于125 kPa时，汽轮机跳闸，同时直流应急润滑油泵自启。
（2）发电机密封油差压低低（24.138 kPa），延时1 s，汽轮机跳闸。
2 事故经过及原因分析
2010年，汽轮机带满负荷正常运行，A润滑油泵故障、自动切换至B润滑油泵时，轴承润滑油母管压力低及发电机密封油压差低低2个报警同时出现，汽轮机跳闸。经检查，发现轴承润滑油母管压力低信号先于发电机密封油压差低低信号发出。
为查明事故原因，在停机状态下对A/B润滑油泵进行电气联锁试验，模拟事故状态。在2台泵切换过程中，轴承润滑油母管压力瞬间降至整定值125 kPa以下后回升，系统出现轴承润滑油母管压力低跳机信号，随后也出现发电机密封油压差低低信号，与事故现象一致。经检查，油泵运行状态正常，2台泵电气联锁反应时间2 s左右，也属正常。因此可以确定事故原因是润滑油系统压力自保持时间过短。
3 改造方法
为解决润滑油系统压力自保持时间过短问题，一个有效的解决方法是在润滑油系统加装一定容量的蓄能器。蓄能器在系统正常运行中蓄存润滑油，蓄存量要保证在油泵切换过程能有效释放至少43 L（油泵2 s内的额定流量）润滑油，以维护系统压力。
3.1 蓄能器形式的选择
目前常用的充气式蓄能器有活塞式、隔膜式、气囊式等，各有优缺点。活塞式适用高压系统，结构简单，但是反应灵敏性差。隔膜式虽反应灵敏，但容量较小。鉴于使用的是低压润滑油，同时需要在短时间内向系统提供43 L润滑油，故气囊式蓄能器较为合适。
3.2 蓄能器安装位置的确定
因润滑油2个主要用户都会出现跳机信号，所以蓄能器安装位置应选在润滑油泵出口母管处较为合适。
经反复试验确定，只要润滑油母管处油压在300 kPa以上，轴承润滑油母管压力与发电机密封油压差都能正常运行，为安全起见，增加10%安全余量，因而润滑油泵出口母管最低压力为330 kPa。
3.3 蓄能器容量和规格的确定
因蓄能器在系统中作为辅助动力源，按照规范，蓄能器的容量由式（1）来计算。
式中：V0为所需蓄能器的容积；P0为充气压力，按0.9P2＞P0＞0.25P2充气；Vx为蓄能器的工作容积；P1为系统最低压力；P2为系统最高压力；n为指数，等温时取n=1，绝热时取n=1.4。
3.3.1 充气压力P0的选定
蓄能器充气压力是整个装置的关键参数，P0越小，运行时一定容量蓄能器蓄油量越多，但有效排油量不一定大，而充气压力P0按以下原则选取：
0.9P1≥P0≥0.25P2（其中P1＝330 kPa，P2＝600 kPa），即300 kPa≥P0≥150kPa。
表1以100 L的蓄能器为例，给出了在不同充气压力P0下，蓄能器充排油过程中各主要参数的理论计算值。从表1可以看出，P0在选值范围内取值越大，虽蓄能器的蓄油量是下降，但其排放过程中有效排放量却是增加的，因而P0应选大值，取P0＝300 kPa。
3.3.2 蓄能器理论容量的确定
因充气压力P0＝300 kPa，蓄能器的有效排放量至少为润滑油泵2 s的额定流量Vx=43 L，按式（1）计算得到V0=162.5 L。
3.3.3 蓄能器数量的确定
由于蓄能器中的皮囊是易损件，蓄能器出油速度过快，会使皮囊卡入出口菌形阀中而破损，因而一般皮囊式蓄能器出油流量低于10～15 L/s。根据润滑油系统正常运行所需流量21.5 L/s（0.021 4 m3/s）来看，选择3只蓄能器比较合适。
3.3.4 蓄能器规格的确定
每只蓄能器的规格V＝V0/n=162.5/3=54.2 L。蓄能器规格选择为63 L，但考虑系统的一定裕度，因而上选一个容量，蓄能器容量取80 L。蓄能器型号为：NXQAB-80/10-F-Y。
4 改造效果
新增润滑油蓄能器系统如图2所示。在日常运行中，蓄能器既能对润滑油系统油压进行有效的补偿平衡，使整个润滑油系统压力平稳，又解决了主备泵切换时系统压力波动产生的问题。同时，皮囊式蓄能器结构简单，安装维护方便，性能可靠，反应灵敏。改造后，实际运行效果良好，没有发生任何异动误动情况，大大提高了润滑油系统的安全性。
表1 蓄能器充排油过程中主要参数
图2 蓄能器安装示意
5 结语
润滑油泵切换时系统压力自保持时间过短的问题在同类机组中普遍存在。通过在润滑油系统加装蓄能器，可有效减小系统的压力变化，吸收冲击，减少润滑油系统的故障，同时其结构简单、性能可靠，大大提高了润滑油系统的安全性。该方法对类似机组的改进有一定的借鉴意义。
